DE2153315A1 - Verfahren zur interferenzspektroskopischen Spektraluntersuchung einer Probe und Interferenz-Spektroskopiegerät zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur interferenzspektroskopischen Spektraluntersuchung einer Probe und Interferenz-Spektroskopiegerät zur Durchführung dieses VerfahrensInfo
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Description
2 6. OKT. 1971
Dipl. Ing. C. Wallach
Dipl. ing. ί.·\ Koch
Dr. T. h~!::ach
8 Β!3£ΐΠΐΐ:-.ε.-) 2
Beckman R.I.I.C, Ltd., Croydon, Großbritannien
Verfahren zur interferenzspektroskopischen
Spektraluntersuchung einer Probe und Interferenz-Spektroskopiegerät zur Durchführung
dieses Verfahrene
Die Erfindung betrifft allgemein die Interferenz·»
Spektroskopie und deren Anwendung zur Gewinnung von Spektralinformation über eine Probe.
Eines der Verfahren, das man zur Gewinnung solcher
Spektralinformation über eine Probe in der Vergangenheit angewandt hat, sieht die Verwendung eines Michelson-Interferometers vor· Bei diesem Verfahren beaufschlagt man das
Interferometer mit elektromagnetischer Strahlung und nimmt (mit Hilfe eines geeigneten Detektors) aufeinanderfolgende
Ablesungen der Intensität des aus dem Interferometer austretenden Strahls bzw. Strahlbündels im Verlauf der Vorschubbewegung des "Scanning"« bzw. Abtastspiegel^ vor, und
zwar mit und ohne Probe im Strahlengang.
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Der in das Interferometer eintretende Strahl wird
durch eine halbdurchlässige und reflektierende Membran
in zwei Teilstrahlen oder Komponentonstrahlen aufgespalten; der reflektierte und der durchgelassene Teilstrahl
werden durch zwei Spiegel in solcher Weise auf die Membran zurückreflektiert, daß diese Teilstrahlen oder Korn*
ponentenstrahlen wieder zu einem Strahl rekombiniert werden, der dann das Interferometer verläßt.
Abtastspiegel ist dabei in Richtung parallel zur Einfallsrichtung des auf ihn auftreffenden Teilstrahls verstellbar. Bei der Verschiebung dieses Scanning-Spiegels ändert
sich der Gangunterschied zwischen den beiden Teilstrahlen
(und zwar ist die Änderung des Gangtmtorschiede zwischen
den beiden Teilstrahlen für eine bestimmte Verschiebung des Scanning-Spiegels gleich de_; Zweifachen dieser Verschiebung) } eine graphische Darstellung der Intensität
des aus dem Interferometer austretenden Strahls in Abhängigkeit von dem Gangunterschied zwischen den beiden
Teilstrahlen wird als sogenanntes Interferogramm bezeichnet. Ein Maß der Spektralverteilung des aus dem Interferometer austretenden Strahls (d. h. die Darstellung der Energieverteilung der Strahlung in Abhängigkeit von der Frequenz) läßt sich durch Fourier-Transformation des Interferogramms
gewinnen. . .
Ein· Information über die Absorptions-Eigenschaften
einer Prob· kann man erhalten, indem man ein Interferogramra mit in den Strahlengang an einer Stelle entweder vor
der Aufspaltung oder hinter der Rekombination eingebrachter Prob· aufnimmt und sodann ein weiteres sogenanntes
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"backgroundM-Interferograinin ohne Prob© zur Ermittlung der
Eigenschaften-der Hintergrundstrahlung aufzeichnet. Aus
den Fourier-Transformationen der beiden Interferogramme
kann der Absorptionskoeffizient für die betreffende Probe als Funktion der Frequenz über eine gewählte Bandbreite
ermittelt werden«
Eine Information über den Brechungsindex einer Probe läßt sich gewinnen, indem man die Probe so anordnet, daß
einer der Teilstrahlen des durch die h&lbdurcklässige und
reflektierende Membran in dem Michelson-Interferometer aufgespaltenen Strahls bzw. Strahlbündeis nur teilweise,
nicht zur Gänze durch die Probe verläuft. Ein mit der Pro-.be
in dieser Stellung aufgenommenes Interferogramm besitzt
zwei Hauptspitzen( aus der Kenntnis des Abstandβ zwischen
diesen Spitzen und der Dicke der Probe läßt eich der durchschnittliche
Brechungsindex über eine bestimmte Bandbreite der Strahlung berechnen. Um jedoch den Brechungsindax der
Probe als Funktion der Frequenz berechnen zu können, müssen
zwei weitere Interferogranrae aufgenommen werden, und
zwar eines mit der Probe im Strahlengang eines Teilstrahls, und das andere, ein sogenanntes Hintergrund-Xnterferogramm,
ohne Probe im Strahlengang..
Das Interferenz-Spektroskopiegerät gemäß der Erfindung
kennzeichnet sich durch ©ine Vorrichtung zur Erzeugung zweier Parallelstrahlen bzw» -strahlbündel der betreffenden
Strahlung, wobei die zu untersuchende Probe wahlweise in den Strahlengang das einen oder des anderen
Strahls eingebracht werden kann; durch eine Vorrichtung, welche die beiden auffallenden Strahlen bzw. Strahlbündel
jeweils in einen teilweise reflektierten und einen teil«
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weise durchgelassenen Teilstrahl aufspaltet; durch Vorrichtungen zur Rekombination der beiden Strahlen bzw·
Strahlbündel durch Überlagerung der jeweiligen reflektierten und durchgemessenen Teilstrahlen, wobei die Überlagerung« vorrichtung wenigstens einen in Richtung parallel zur
Einfallsrichtung der auf ihn auffallenden einen Teilstrahlen der beiden Strahlen verschieblichen Reflektor aufweist{
durch eine Vorrichtung zur Intensitätsmodulation der beiden Strahlen bzw. Strahlbündel mit voneinander verschiedenen Frequenzen; durch einen mit Strahlung von jedem der
beiden modulierten Strahlen bzw. Strahlbündel beaufschlagten Detektor; sowie durch eine Vorrichtung zur Messung der
Amplituden der von den beiden Strahlen bzw* Strahlbündel
erzeugten Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße.
Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung erhält man
Znterferogramme, indem man die Reflektorvorrichtung parallel zu den auf sie auffallenden Teilstrahlen verschiebt
und gleichzeitig während der Abtast- oder "Scanning"-Verschiebung der Reflektorvorrichtung Ablesungen der den beiden Strahlen entsprechenden Komponenten der Detektorauegangsgröße (welche ein Maß der Intensitäten der beiden auf
den Detektor auffallenden Strahlen bzw. Strahlbündel darstellen) vornimmt. Und zwar gestattet die erfindungsgemäße
Vorrichtung die gleichzeitige Aufnahme von zwei unabhängigen Interferogrammen während eines Abtast- oder "Scanning1··
Vorschubs der Reflektorvorrichtung. Die beiden während des Scanning-Vorgangs aufgenommenen Interferogramme können verglichen werden» um hieraus Spektralinformation über eine
in einen Strahl oder einen Teilstrahl eines Strahls eingebrachte Probe in der oben genannten Weise zu gewinnen,
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da in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Strahl (oder
ein Teilstrahl eines Strahls) durch die Probe verläuft, der andere» der*im wesentlichen den gleichen Lichtweg zurücklegt, jedoch nicht durch die Probe verläuft und so
die background-Strahlung registriert· Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Gerät die gleiche Information
Über die Durchlässigkeitseigenschaften einer Probe mittels einer einzigen Abtast- oder Scanningbewegung der Reflektorvorrichtung gewonnen werden, für die nach dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren zwei Abtast- bzw·
Scanning-VorSchubbewegungen des Scanning-Spiegels erforderlich waren. In entsprechender Weise läßt sich mit dem
erfindungsgemäßen Gerät die gleiche Information bezüglich des Brechungsindex mit einer einzigen Abtast- oder Scanning-Be we gung der Reflektorvorrichtung ermitteln, für die bei
den oben erwähnten Brechungsindex-Messungen nach dem Stand der Technik drei aufeinanderfolgende Abtast- oder Scanning-Vorschübe des Scanning-Spiegels erforderlich waren. Ein
weiterer äußerst bedeutsamer Vorteil des erfindungsgemäßen
Spektroskopiegeräts besteht darin, daß die über die Probe gewonnene Spektralinformation unabhängig von jeglichen
zeitlichen Intensitätsschwankungen der Strahlungsquelle und auch unabhängig von jeglichen zeitlichen Änderungen
der Detektor-Empfindlichkeit wird, da für jede spezielle Stellung der Reflektorvorrichtung die Amplituden der den
beiden Strahlen entsprechenden Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße im gleichen Zeitpunkt bestimmt werden.
Zur Bestimmung des Brechungeindes einer Probe muß diese in den Strahlengang entweder des reflektierten oder des
durehgelassenen Teilstrahls eines der beiden Hauptstrahlen bzw. -strahlbUndel gebracht werden; für Absorptionsmessung^
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sollte die Probe jedoch vorzugsweise an siner vor der Aufspaltung der Strahlen oder nach ihrer Rekombination gelegenen Stelle in den Strahlengang eines der Hauptstrahlen bzw.
-strahlbündel eingebracht werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Spektraluntersuchung einer Probe mittels Xnt®x'ferenz~Spektro-
der betreffenden Strahlung erzeugt, von welchen wahlweise
der eine oder der andere durch die zu untersuchende Probe gelenkt werden kann; daß man jeden dieser Strahlen bzw.
Strahlbündel in einen teilweise reflektierten und einen teilweise durchgelassenen Teilstrahl aufspaltet; daß man
die betreffenden Strahlen bzw. Strahlbündel durch Überlagerung seiner jeweiligen reflektierten und durchgelassenen
Teilstrahlen wieder rekombiniert; daß man die Intensität der Strahlen bzw. Strahlbündel mit voneinander verschiedenen Frequenzen moduliert; daß man die Intensität jedes der
beiden rekombinierten Strahlen bzw. Strahlbündel mit einem Strahlungsdetektor überwacht; und daß man die Amplitude der
von den beiden Strahlen erzeugten Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße bei in einen der Strahlen eingebrachter Probe
mißt.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß die Modulationsvorrichtung zur Intensitätsmodulation der beiden Strahlen
so angeordnet ist, daß der Strahl, in dessen Strahlengang die Prob· eingebracht wird, vor seinem Durchtritt durch die
Prob· moduliert wird. Hierdurch wird jegliche Beeinflussung des betreffenden Interferogramms durch von der Probe emit-
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tlert· Strahlung eliminiert.
Die Vorrichtung zur·teilweisen Reflexion und die Vorrichtung EUr Überlagerung der reflektierten und durchgelassenen Teilstrahlen können beispielsweise einen Beetandteil eines Mach-Zehnder-Interferometera bilden; vorzugsweise sind sie jedoch Bestandteil eines Interferometers
vom Michelson-Typ, wobei die Reflektorvorrichtung den Soannlng«- oder Vorschubspiegel des Interferometers bildet.
Strahlungsintensität der beiden Strahlen jeweils eine Vorriohtung zur periodischen Unterbrechung jedes der beiden
Strahlen auf. Vorzugsweise wird diese Unterbrechung der Strahlen durch periodisches Einbringen und Wiederentfernen
eines a trail 1. wngsundurchlä a s i gen Gegenstandes in den betreffenden Strahlengang bewirkt. Diese Art der Strahlmodulation gewährleistet, daß die Eigenschaften der Strahlung in den betreffenden Strahlengängen durch die Modulation nicht beeinflußt werden, während gleichzeitig die
Messung dar Aaplituden der entsprechenden Komponenten der Detektorausgangsgröße erleichtert wird.
AIa Vorrichtungen zur periodischen Unterbrechung der
Strahlen dienen vorzugsweise zwei rotierende Zerhacker, deren jeder jeweils einen der beiden Strahlen unterbricht
und die jeweils mit konstanter Drehzahl angetrieben sind. Mit einer solchen Anordnung ist ee möglich, die Länge jeder Unterbrechung des betreffenden Strahls sowie die Unterbrechungsfrequens über lange Zeitperioden mit hohem
Genauigkeitagrad konstant zu halten. Die Zerhacker können
jeweils aus einer Platte »it einer Öffnung oder mit einer
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Anzahl von in gleichen Abständen und gleicher Eratreckung
in Umfangerichtung bezüglich der Drehachse angeordneten
öffnungen bestehen. Alternativ kann Jeder Zerhacker mehrer· in gleichen Abstünden und mit gleicher Erstreckung
in Umfangerichtung bezüglich der Drehachse angeordnete Zerhackerklingen bzw. -Sektoren aufweisen.
Zum Drehantrieb der beiden Zerhacker kann ein gemeinsamer Motor vorgesehen sein. Die Zerhacker können dann Jeweils durch den gemeinsamen Motor beispielsweise Über eine
geeignete Übersetzung angetrieben werden. Alternativ können zwei Antriebsmotoren, Je einer für Jeden Zerhacker, vorgesehen sein, die mit-einer Wechselspannung vom gleichen Oszillator beaufschlagt werden, wobei die Frequenzen der Antriebsspannungen gleich der Oszillatorfrequenz oder gleich
•inert Bruchteil der Oszillatorfrequenz sein können»
Di· Erfindung betrifft demgemäß auch ein Modulationsaggregat für die Intensitätsmodulation der beiden Strahlen
in d»M «rfindungsgemäßen Spektroskopiegerätt wobei das Modulationsaggr«(at zwei rotierende Zerhacker« deren Jeder
Jeweils einen der Strahlen bzw. Strahlbündel unterbricht,
sowie Vorrichtungen zum Antrieb der beiden Zerhacker mit konstanter Drehzahl aufweist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann
vorgesehen sein, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der
Amplituden der den beiden Strahlen entsprechenden Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße eine Vorrichtung zur
phasenenpfindllchen Gleichrichtung der Detektor-Ausgangsgröße mit den Modulationsfrequenzen- der Strahlen mittels
Bezug·schwingungen, die in Phase mit den Modulationen der
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beiden Strahlen sind, sowie Giftttschaltungen für die Signale nach der phaeenempfindlichen Gleichrichtung aufweist.
Die phasenempfindliche Oleichrichtung mit nachfolgender Glftttung ergibt zwei Gleichstromsignale, deren Amplituden
ein Maß der betreffenden, von den beiden Strahlen herrührenden Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße darstellen·
Vorzugsweise werden die Bezugsschwingungen nach Maßgabe
der Ausgangsgrößen von zwei Photozellen erzeugt, die Jeweils einem der beiden Strahlen zugeordnet sind und wobei
Jeweils das auf die Photozellen auffallende Licht durch die die Intensitätsmodulation der betreffenden Strahlen
bewirkende Modulationsvorrichtung mit der gleichen Frequenz und in konstanter Phasenbeziehung zur Modulation
der betreffenden Strahlen moduliert wird.
Den nach der phasenempfindlichen Gleichrichtung erhaltenen, den beiden Komponenten der Detektoraueganggsgröße
entsprechenden Signalen werden im allgemeinen verschiedene Harmonische der betreffenden Modulationsfrequenz sowie
Veohseletromkomponenten mit Frequenzen überlagert sein,
welche der Summe bzw, der Differenz zwischen der einen Modulationsgrundfrequenz und ihren Harmonischen und der anderen Modulationsgrundfrequenz und ihren Harmonischen ent-·
spreohen. Einer der besonderen Vorteile der erfindungsgemaß vorgesehenen phaeenempfindlichen Gleichrichtung besteht darin, daß die Harmonischen gleicher Ordnung in den
den beiden Komponenten der Detektorausgangsgröße nach der phasenempfindlichen Gleichrichtung entsprechenden Signalen
nicht mehr vorliegen« Die anderweitigen unerwünschten Veohselstromkonponenten können im allgemeinen durch geeignete FiIterschaltungen vor und/oder nach der phasen-
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empfindlichen Gleichrichtung weitgehend eliminiert werden«
Als Glättungsschaltungen können jeweils Tiefpaßfilter
verwendet werden, deren Grenzfrequenz niedriger als die Frequenz, mit welcher der betreffende Strahl moduliert ist
und auch niedriger als die Differenz zwischen den Modulationsfrequenzen der beiden Strahlen liegt.
Vorzugsweise können die Modulationsfrequenzen der beiden Parallel strahl en bzw. -strahlbündel und der Empfindlichkeitebereich des Detektors so gewählt sein, daß die
Detektor-Ausgangsgröße für Strahlung, die mit einer der
Differens zwischen den Modulationsfrequenzen der beiden
Parallelstrahlen entsprechenden Frequenz moduliert ist, klein 1st im Vergleich zur Detektor-Ausgangsgröße für die
gleich· Strahlung bei Modulation mit'einer der Modulations·?
frequenzen der beiden Parallelstrahlen» Dies trägt zur UnterdrUckung der Grunddifferenzfrequenz und damit zur Erhöhung der Genauigkeit, mit welcher die Amplituden der den
beiden Strahlen entsprechenden Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße gemessen werden können, bei.
Dar Detektor kann vom Golay-Tyρ sein und einen flexiblen, gasgefüllten Behälter aufweisen, wobei der Behälter
die auf einem Teil seiner Oberfläche auffallende Strahlung absorbiert und ein Wechselstromsignal erzeugt, das proportional den sich ausbildenden Änderungen der Krümmung eines
von dem strahlungsabsorbierenden Teil verschiedenen Teils
der Behälteroberfläche ist. Das Vechselstromsignal kann von
einer Photozelle erzeugt werden, auf welche Licht auffällt, da· von dam erwähnten anderen Oberflächenteil des Detektor-
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behälters reflektiert wird. Alternativ kann an dem erwähnten anderen Oberflächenteil ein biegsames Metallteil befestigt sein, oder dieser andere Oberflächenteil aus einem
derartigen flexiblen Metallteil bestehen, das die eine
Seite eines Kondensatormikrophons in einer geeigneten Detektorschaltung bildet. Ein derartiger Detektor kann für
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10 cm verwendet werden.
10 cm verwendet werden.
Im folgenden werden Ausführungebeispiele des Verfahrens und der spektroskopischen Vorrichtung gemäß der Er»
findung zur Spektraluntersuchung von Proben anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
Fig. 2 eine Schnittansicht durch die Modulationsvorrichtung für die Strahlen, wobei der Schnitt
längs der Linie X-X in Fig. 1 gelegt ist;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der dem Detektor zugeordneten elektronischen Schaltungen.
Fig. 1 zeigt zwei von der gleichen Strahlungsquelle ausgehende, zueinander parallele Lichtstrahlen bzw. -strahl·
bündel, die über eine Modulationseinheit 1, in welcher sie
mit unterschiedlichen Frequenzen zerhackt werden, einem Michelson-Interferometer 2 zugeführt werden. Die beiden
aus dem Interferometer austretenden Strahlen bzw. Strahl-
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bündel werden auf einen gemeinsamen Detektor fokussiert; mittels geeigneter elektronischer Schaltungen können die
Amplituden der Jeweils von den beiden Strahlbündeln erzeugten Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße, (die ein Maß für
die jeweilige Intensität der auf den Detektor auftreffenden
beiden Strahlen sind) gleichzeitig bestimmt werden. Für
Durchlässigkeitsmessungen (Absorptionsmessungen) wird die Probe in den Strahlengang eines der Strahlfoündel vor der
Strahlteilung oder nach der Wiedervereinigung eingebrecht; für Messungen des Brechungsindex wird die Probe in den re-
W flektierten oder durchgelassenen Teilstrahl eines der Strahlbündel eingebracht.
Das Michelson-Interferometer weist - wie üblich - eine
halbdurchlässige und reflektierende Membran 3 auf, die mit ihrer Ebene unter 45 bezüglich der Ebenen von zwei zueinander
rechtwinklig angeordneten Spiegeln k und 5 geneigt angeordnet ist. Die beiden Parallelstrahlen bzw. -strahlbündel
sind so angeordnet, daß sie normalerweise senkrecht auf den Spiegel h auffallen. Der sogenannte Scanning- oder
Abtastspiegel 5 ist in einer au seiner Normalen parallelen Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit mittels einer
(nicht dargestellten) Antriebsvorrichtung verstellbar, die so einstellbar bzw. regelbar ist, daß der Betrag der Verstellgeschwindigkeit
des Scanning- bzw. Abtastspiegels für jede beliebige spezielle Abtastbewegung einstellbar ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Modulationseinheit 1 weist einen Kasten 6 auf, in dessen Vorder- und Rückwandung zwei
Öffnungen 7 und 8 zum Durchtritt der beiden parallelen Strafe len bzw, Strahlbündel vorgesehen sind. Die Größe jeder der
Öffnungen 7 und 8 ist veränderlich, derart, daß die Strah-
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lungsintensität in jedem Strahl bzw. Strahlbündel variiert
werden kann. In dem Kasten 6 sind zwei drehbare Organe 9 und 10 angeordnet, die aus drei bzw, vier sich nach außen
erstreckenden Schaufeln bzw. Blendensektoren bestehen. Die Organe 9 bzw= 10 sind ao angeordnet, daß sie bei ihrer Rotation
jeweils periodisch einen der beiden Parallelstrahlen
bzw. -strahlbiindel unterbrechen. Die Kanten der Blendensektoren jedes der beiden Blendenorgane verlaufen in radialen,
zur Drehachse der betreffenden Blende senkrechten Richtungen und sind in Umfangerichtung bezüglich der Drehachse
mit gleichen Winkelabständen angeordnet.
Die beiden Zerhackerblenden 9 und 10 werden von Motoren 11 bzw. 12, die jeweils von dem gleichen Oszillator angetrieben
bzw. gesteuert sind, mit der gleichen Drehzahl angetrieben. Vagen der unterschiedlichen Anzahl von Blendensektoren
ergeben sich trotz der gleichen Antriebsdrehzahl der beiden Zerhackerblenden 9 und 10 unterschiedliche Unterbrecher-
bzw. Zerhackerfrequenzen für die Lichtstrahlen«
In dem Kasten 6 sind ferner auch zwei (nur schematisch
angedeutete) Photozellen-Aggregate 13 und 14 angeordnet,
die jeweils aus einer Photozelle und einer Lichtquelle in solcher Anordnung bestehen, daß die Sektoren der Zerhackerblenden
9 und 10 bei ihrer Drehung da« auf die Photozellen
auffallende Licht unterbrechen. Das auf die Photozellen auffallende Licht wird dabei jeweils für die gleiche Zeitdauer
und/der gleichen Frequenz wie der zugehörige Strahl und damit
in einer konstanten PhasanbeZiehung m.lt der Strahlmodulati
on unterbrochen. Die Photozellen-Ag;,*r agate 13 und 1*t
sind in horizontaler Richtung verschiebbar» um die Phase
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der Unterbrechungen der jeweiligen Photozelle bezüglich der
Phase der Unterbrechungen des zugehörigen Strahls bzw» Strahlbündels einstellen zu können* Die Ausgangsgrößen der
Photozellen dienen zur phasenempfindlichen Gleichrichtung der Ausgangsgröße des Detektors.
Als Strahlungsdetektor dient ein Golay-Detektor 15.
Der Umstand, daß das Ansprechverhalten des Golay-Detektors
von der Frequenz einer Intensität»änderung- der auf ihn auf-
m fallenden Strahlung abhängig ist, bedeutet eine Einschränkung
hinsichtlich der Wahl der ModulationsFrequenzen für
die Strahlmodulation. FUr die spezielle beschriebene Vor» richtung haben sich Modulationsfrequenzen von 10 Hz für den
einen Strahl und 15 Hz für den anderen Strahl sowie 10,5 Hz für den einen Strahl und 13 Hz für den anderen Strahl als
zufriedenstellend erwiesen.
Vie im einzelnen aus Fig. 3 ersichtlich, wird die Ausgangsgröße
des Golay-Detektors 15 in zwei Teile aufgespalten,
die jeweils getrennten Signalpfaden zugeleitet werden. Mit Hilfe der in jedem dieser Signalpfade bzw. -kanale vor-
^ gesehenen elektronischen Schaltungen kann jeweils die Amplitude einer Komponente der Detektor-Ausgangsgröße bestimmt
werden.
Im einzelnen werden die beiden Tally der Ausgangsgröße des Golay-Detektors jeweils einem Bpndpaßfllter 16 bzw. 17
zugeführt, die jeweils Frequenzen gleich dar jeweiligen Grundfrequenz des betreffenden Signals durchlassen, hingegen
Frequenzen gleich oder größer aiii dia dritte Harmonische
des betreffenden Signals unterdrücken» Die Boiidpaß-
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filter 16 bzw. 17 unterdrücken ferner auch einen gewiesen Teil der den Komponenten der Detektorausgangsgröße zugeordneten Summen- und Differenzfrequenzen,
Die Auegangegrößen der Bandpaßfilter 16 bzw. 17 werden
Über Verstärker 18 bzw. 19 phaaenempfindlichen Gleichrichtern 20 bzw. 21 zugeführt, wo sie nach Maßgabe der Ausgangsgrößen der Photozellen 13 bzw. 14 phasenempfindlich gleichgerichtet werden. Im praktischen Betrieb werden die Photozellen-Aggregate anfänglich zunächst horizontal so lange
verschoben, unter gleichzeitiger Änderung der Phasen der
Modulationen der Photozellen-Auegangsgrößen bezüglich der Phasen der Unterbrechung der betreffenden Strahlen, bis die
Ausgangsgrößen der phaaenempfindlichen Detektoren 20 bzw.
21 ein Maximum zeigen.
Die Ausgangsgrößen der phasenempfindlichen Gleichrichter 20 und 21 werden zur Glättung Tiefpaßfiltern 22 bzw.
23 zugeführt. Unter Zugrundelegung der oben erwähnten speziellen Modulationsfrequenzen können die Filter beispielsweise eine Grenzfrequenz von 1 Hz besitzen, d. h. daß sie
Frequenzen unterhalb 1 Hz durchlassen* Die Ausgangsgrößen der Tiefpaßfilter 22 und 23 stellen jeweils Gleichstromsignale dar, deren Amplitude ein Maß der Amplitude derjenigen
Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße darstellt, die von
dem betreffenden zugeordneten, auf den Detektor auffallenden Strahl herrührt.
Der Golay-Detektor und die Bauteile in den beiden Signalkanälen, in welchen die Detektor-Ausgangsgröße aufgeteilt wird, sind so ausgebildet und angeordnet, daß die
Ausgangsgrößen dor beiden Signalkanäle in linearer Bezie-
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hung su der Intensität dee entsprechenden auf den Detektor
auffallenden Lichtstrahls bzw. -strahlbUndels stehen.
Die Differenzfrequenz, die normalerweise die größte Amplitude hätte, d. h. die Differenzfrequenz zwischen den
beiden Grundfrequenzen, mit welchen die Strahlen moduliert sind, kann bis zu einem gewissen Grad durch eine geeignete
Wahl der Modulationsfrequenzen durch den Golay-Detektor
selbst reduziert werden. Bei Verwendung der erwähnten Modulationsfrequenzen von 10 Hz und 15 Hz oder 10,5 Hz und
13 Hz wird die jeweilige Grunddifferenz-Frequenz von 5 Hz bzw. 2,5 Hz durch den Detektor reduziert, da die Ausgangsgröße des Detektors für mit einer Frequenz von 5 Hz und
2,5 Hz modulierte Strahlung klein im Vergleich zu seiner Ausgangsgröße für die gleiche Strahlung bei Modulation mit
Frequenzen von ^O Hz bis 15 Hz ist.
Die geglätteten Signale werden schließlich Über eine
logische Kontrollschaltung Zk einem Analog-Digital-Konverter 25 zugeführt, und die so gewonnene Digital-Information
kann auf Papierstreifen oder Nagnetband registriert oder in dem Konverter gespeichert werden.
Die Betriebs- und Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie
folgt: Nach Einbringen der Probe in den Strahlengang eines der Strahlen bsw. Strahlbündel vor dessen Strahlteilung bzw.
nach der Rekombination oder in den Strahlengang eines der Teilstrahlen eines der beiden Hauptstrahlen, wird der
Scanning- bzw. Abtastspiegel des Michelson-Interferometers in bekannter Weise mit einer konstanten Geschwindigkeit verschoben, und es werden aufeinanderfolgend Ablesungen der von
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den beiden Tiefpaßfiltern durchgelassenen Signale jeweils
gleichzeitig und in gleichen Zeitabständen im Verlauf der Abtastbewegung des Scanning*-Spiegels vorgenommen. Jede dieser Ablesungen wird kurzzeitig gespeichert, wobei die logische Kontrollschaltung dem Analog-Oigital-Konverter zunächst die dem einen Strahl- zugeordnete Ablesung und sodann
die (gleichzeitige) zu dem anderen Strahl gehörige Ablesung zuführt. Alternativ können jeweils paarweise aufeinanderfolgende Ablesungen der Ausgangsgröße der Tiefpaßfilter im
Verlauf der Vorschubbewegung des Scanning-Spiegelβ um gleiche Abstände in aufeinanderfolgende Vorschubsteilungen vorgenommen werden.
Aus den so erhaltenen Interferogrammen kann mit Hilfe
eines geeigneten Computers die gewünschte Information über die Durchlässigkeit und/oder den Brechungsindex einer Probe
gewonnen werden.
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Claims (5)
- PatentansprücheIy Verfahren zur Spektraluntersuchung einer Probe mittels Interferenz-Spektroskopie, dadurch gekennzeichnet , daß man zwei Parallelstrahlen bzw. -strahlbündel der betreffenden Strahlung erzeugt, von welchen wahlweise der eine oder der andere durch die zu untersuchende Probe gelenkt werden kann; daß man jeden dieser Strahlen bzw. Strahlbündel in einen teilweise reflektierten und einen teilweise durchgelassenen Teilstrahl aufspaltet; daß man die betreffenden Strahlen bzw· Strahlbündel durch Überlagerung seiner jeweiligen reflektierten und durchgelassenen Teilstrahlen wieder rekombiniert; daß man die Intensität der Strahlen bzw. Strahlbündel mit voneinander verschiedenen Frequenzen moduliert; daß man die Intensität jedes der beiden rekombinierten Strahlen bzw* Strahlbündel mit einem Strahlungsdetektor überwacht} und daß man die Amplitude der von den beiden Strahlen erzeugten Komponenten der Detektor-Ausgangsgröße bei in einen der Strahlen eingebrachter Probe mißt.
- 2. Interferenz-Spektroskopiegerät zur Spektraluntersuchung einer Probe nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier Parallelstrahlen bzw. -strahlbündel der betreffenden Strahlung, wobei die zu untersuchende Probe wahlweise in den Strahlengang des einen oder des anderen Strahls eingebracht werden kann; durch eine Vorrichtung- (3» Fig. i), welche die beiden auffallenden strahlen209827/0500Strahlbtindal jeweils in einen teilweise reflektierten und einen teilweise durchgelassenen Teiletrahl aufspaltet} durch Vorrichtungen (k, 5) zur Rekombination der beiden Strahlen bzw. Strahlbündel durch Überlagerung der jeweiligen reflektierten und durchgelesenen Teilstrahlen, wobei die Überlagerungevorrichtung wenigstens einen in Richtung parallel zur Einfallerichtung der auf ihn auffallenden einen Teilstrahlen der beiden Strahlen versohieblichen Reflektor (5) aufweist} durch eine Vorrichtung (1, 9t 10) zur Intensitätsmodulation der beiden Strahlen bzw. Strahlbündel mit voneinander verschiedenen Frequenzen} durch einen mit Strahlung von jedem der beiden modulierten Strahlen bzw. Strahlbündel beaufschlagten Detektor (15» Fig· 3)( sowie durch eine Vorrichtung (Fig· 3) zur Messung der Amplituden der von den beiden Strahlen bzw. Strahlbttndel erzeugten Komponenten der Detektor- Ausgangsgröße ·
- 3. Spektroekopiegerat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Einbringung der Probe in den Strahlengang eines der Strahlen bzw. StrahlbUndel nach deren Intensitätsmodulation.
- k. Spektroekopiegerat nach Anspruch 2 oder 3t dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerung«vorrichtung wenigstens ein Teil eines Michelson-Interferometer* aufweist, dessen Scanning- bzw. Abtastspiegel (5) den verschiebbaren Reflektor für die einen Teilstrahlen der beiden · Strahlen bzw. StrahlbUndel bildet.
- 5. Spektroskopiegerät nach einem oder mehreren der vorher-209827/0500gehenden Anspruch· 2 - k, dadurch, gekennzeichnet» daß die Modulationavorriohtung (1, Fig. 1) jeweils einen gesonderten rotierenden Zerhacker (9» 10) für jeden der beiden Strahlen bzw. Strahlbündel aufweist» die bei ihrer Rotation jeweils aufeinanderfolgend mit einer vorgegebenen Frequenz einen strahlungsundurohllLseigen Gegenstand in den betreffenden Strahlengang einbringen und wieder aus ihm entfernen.6· Spektroskopiegerat nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Zerhacker jeweils rotierende Zerhackerblenden (9· 10) vorgesehen sind, die von einem Motor ■it konstanter Drehzahl angetrieben sind.Spektroskopiegerät nach einem odor mehreren der vorhergehenden Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (Fig. 3) zur Messung der Amplituden der von den beiden Strahlen bzw. StrahlbUndel erzeugten Komponenten der Detektor-AusgangsgrBße jeweils einen auf die Modulationsfrequenzen der beiden Strahlen bzw. StrahlbUndel abgestimmten phasenempfindlichen Detektor (20 bsv. 21, Flg. 3) und eine Filterschaltung (22 bzw. 23) aufweisen, welcher die betreffenden Signale nach der phasenempfindlichen Gleichrichtung zugeführt werden.209827/0500
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